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Fibroblast growth factor-inducible 14 (Fn14) is a member of the tumor necrosis factor (TNF) receptor superfamily (TNFRSF) and is activated by its ligand TNF-like weak inducer of apoptosis (TWEAK). The latter occurs as a homotrimeric molecule in a soluble and a membrane-bound form. Soluble TWEAK (sTWEAK) activates the weakly inflammatory alternative NF-κB pathway and sensitizes for TNF-induced cell death while membrane TWEAK (memTWEAK) triggers additionally robust activation of the classical NF-κB pathway and various MAP kinase cascades. Fn14 expression is limited in adult organisms but becomes strongly induced in non-hematopoietic cells by a variety of growth factors, cytokines and physical stressors (e.g., hypoxia, irradiation). Since all these Fn14-inducing factors are frequently also present in the tumor microenvironment, Fn14 is regularly found to be expressed by non-hematopoietic cells of the tumor microenvironment and most solid tumor cells. In general, there are three possibilities how the tumor-Fn14 linkage could be taken into consideration for tumor therapy. First, by exploitation of the cancer associated expression of Fn14 to direct cytotoxic activities (antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC), cytotoxic payloads, CAR T-cells) to the tumor, second by blockade of potential protumoral activities of the TWEAK/Fn14 system, and third, by stimulation of Fn14 which not only triggers proinflammtory activities but also sensitizes cells for apoptotic and necroptotic cell death. Based on a brief description of the biology of the TWEAK/Fn14 system and Fn14 signaling, we discuss the features of the most relevant Fn14-targeting biologicals and review the preclinical data obtained with these reagents. In particular, we address problems and limitations which became evident in the preclinical studies with Fn14-targeting biologicals and debate possibilities how they could be overcome.
Antikörper, die Oberflächenantigene erkennen, sind sowohl in der Diagnostik als auch in der Therapie verschiedener Erkrankungen von enormer Bedeutung. Damit Antikörper in diesen Bereichen eingesetzt werden können, ist es sehr wichtig, dass die Interaktion eines Antikörpers oder auch eines Antikörperkonjugats mit seinem Antigen oder Fc-Rezeptoren ausreichend charakterisiert wird. Hierfür werden meist zellfreie Verfahren angewandt, wie die isotherme Titrationskalorimetrie oder die Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie. Diese unterliegen verschiedenen Limitationen, beispielsweise der Verfügbarkeit von rekombinantem Antigen. Vor allem aber werden zelluläre Einflüsse, die die Bindungseigenschaften der Antikörper beeinflussen, nicht berücksichtigt. Aber auch die derzeit angewandten Verfahren für zelluläre Bindungsstudien können problematisch sein, da sie meist auf Antikörpern basieren, die biochemisch markiert worden sind, was zu funktionellen Beeinträchtigungen führen kann. Außerdem zeigen solche Antikörper häufig keine einheitliche Stöchiometrie der jeweiligen Reporterstoffe und die Reproduzierbarkeit des Markierungsverfahrens ist in den meisten Fällen nicht gewährleistet. Positionsspezifische Markierungen sind jedoch vergleichsweise sehr aufwendig.
Um die genannten Probleme zu umgehen, wurden in der vorliegenden Arbeit am Beispiel des Fn14-spezifischen Antikörpers 18D1 Antikörper-Fusionsproteine hergestellt und charakterisiert, die an verschiedenen Positionen genetisch mit der Gaussia princeps Luziferase (GpL) fusioniert worden sind. Dabei zeigte sich, dass die Positionierung der Luziferase am C-Terminus der leichten Kette des Antikörpers (GpL(CT-LC)) die Bindungseigenschaften der GpL-18D1-IgG1-Fusionsproteine an Fn14 und an die verschiedenen Fcγ-Rezeptoren (FcγR) nicht oder nur in geringem Umfang beeinflusst. Auch die agonistische Aktivität der GpL-18D1-IgG1-Fusionsproteine, welche abhängig ist von der Oligomerisierung über Protein G oder der FcγR-Bindung, wurde durch die GpL-Markierung nicht wesentlich beeinflusst. Diese Ergebnisse ließen sich am Bespiel von 18D1 ebenfalls auf die dimeren Antikörper-Isotypen IgG2, mIgG1 und mIgG2A übertragen. GpL-Fusionsproteine der Antikörper E09-IgG1 (CD95-spezifisch), G28.5-IgG1 (CD40-spezifisch) und BHA10-IgG1 (LTβR-spezifisch) zeigten gleichfalls keine gravierenden Veränderungen der Bindungseigenschaften oder den funktionellen Eigenschaften, was für eine breite Anwendbarkeit von GpL-Antikörper-Fusionsproteinen spricht.
Zusammenfassend betrachtet zeigen die hier präsentierten Ergebnisse, dass die genetische Fusion der Gaussia princeps Luziferase an das C-terminale Ende der leichten Antikörperkette eine sehr gute Möglichkeit darstellt, Antigen-Antikörper-Interaktionen zu charakterisieren ohne dabei mit den Eigenschaften des Antikörpers zu interferieren. Dabei besticht dieser Ansatz im Vergleich zu anderen gängigen Verfahren durch seine Reproduzierbarkeit, eine einfache Handhabung, geringe Kosten und eine extrem hohe Sensitivität. Außerdem könnte dieses Antikörper-Fusionsproteinformat zukünftig auch in vielen Bereichen als Tracer eingesetzt werden mit dem Vorteil, dass keinerlei Radioaktivität benötigt werden würde.
TWEAK is a typical member oft he TNF ligand family. Therefore it is initially expressed as a type II transmembrane protein, but a soluble variant can be released by proteolytic processing. In this work it is shown that oligomerized TWEAK is more competent than soluble, trimeric TWEAK regarding the activation of classical NFκB signaling pathway. However, both TWEAK variants are able to induce depletion of TRAF2 and processing of p100, which are hallmarks for the activation of the noncanonical NFκB pathway. Like other solube TNF ligands with no or poor activity on their corresponding receptor, TWEAK gains high activity upon oligomerization resembling the activity of the transmembrane ligand. TRAF2 has a key role in TWEAK-induced NFκB signaling. Depletion or degradation of TRAF2 is crucial for activation of the noncanonial or both, the classical and the noncanonical NFκB pathway. Blocking the TWEAK receptor Fn14 inhibits the activation of NFκB signaling, irrespective of the TWEAK form used for stimulation. This indicates that the different activities of the two TWEAK variants in activation of classical and noncanonical NFκB signaling are not caused by the use of different receptors. Therefore this study on TWEAK is the first reported case where one TNF ligand in different variants induces qualitatively different activities of the corresponding TNF receptor.
Conventional bivalent IgG antibodies targeting a subgroup of receptors of the TNF superfamily (TNFSF) including fibroblast growth factor-inducible 14 (anti-Fn14) typically display no or only very limited agonistic activity on their own and can only trigger receptor signaling by crosslinking or when bound to Fcγ receptors (FcγR). Both result in proximity of multiple antibody-bound TNFRSF receptor (TNFR) molecules, which enables engagement of TNFR-associated signaling pathways. Here, we have linked anti-Fn14 antibodies to gold nanoparticles to mimic the “activating” effect of plasma membrane-presented FcγR-anchored anti-Fn14 antibodies. We functionalized gold nanoparticles with poly-ethylene glycol (PEG) linkers and then coupled antibodies to the PEG surface of the nanoparticles. We found that Fn14 binding of the anti-Fn14 antibodies PDL192 and 5B6 is preserved upon attachment to the nanoparticles. More importantly, the gold nanoparticle-presented anti-Fn14 antibody molecules displayed strong agonistic activity. Our results suggest that conjugation of monoclonal anti-TNFR antibodies to gold nanoparticles can be exploited to uncover their latent agonism, e.g., for immunotherapeutic applications.